_我国风电大规模开发相关问题探讨.docx

《_我国风电大规模开发相关问题探讨.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《_我国风电大规模开发相关问题探讨.docx（20页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、_我国风电大规模开发相关问题探讨59第 3 期 尹 明等 ：我国风电大规模开发相关问题探讨图 1 2004 2008 年中国风电装机容量 Fig.1 China ’ s wind power capacity in 2004 2008 我 国 风 电 大 规 模 开 发 相 关 问 题 探 讨 尹明 1 ，2 ，葛旭波 1 ，王成山 2 ，张义斌 1 ，刘国平 3 ，靳晓凌 1（1. 国网能源探讨院，北京 100052；2. 天津高校，天津 300072；3. 河北石家庄供电公司，河北 石家庄 050051） 摘 要 ：过去 10 多年里 ， 全球风力发电得到了前所未有的重视和发展

2、 。我国的风力发电事业近几年来也发展快速 ， 并且将在将来一段时间内始终保持快速发展的态势 。对比欧美与我国风电发展的不同 ， 分析我国风电大规模开发的特点 ， 即远距离 、 大容量 、 规模化开发模式 ， 深化探讨我国风电发展过程中应留意的问题 。为实现我国风电的健康 、 持续发展 ， 建议加强风资源基础数据调研工作 ， 加快电网发展 ， 重视风功率预料技术的研发和运用 ， 注意优化电源结构 ， 提高敏捷电源所占比例 。关键词 ：风力发电 ； 特高压 ； 并网 ； 风功率预料 ； 风电变动性 中图分类号 ：TM715文献标记码 ：A文章编号 ：1004-9649 （ 20 10 ）03 -0

3、0 59 - 04 0 引言过去几年里 ， 世界风电事业发展迅猛 。2008 年 ， 全球新增风电装机 27.261 GW ， 累计装机达到121.188 GW ，实现发电量 260 TW h ， 占全球电力消费的1.5% 1 。 欧盟 、 美国和我国成为风电开发最快的地区和国家 。欧盟提出到 2020 年可再生能源 （ 主要指风能 ）的比例要达到 20% ； 美国能源部也安排到 2030 年风电装机将达到 300GW ，并供应 20% 的全国能源消费 2 。年以来 ， 我国每年的风电装机增长都超过100% 。2005 年我国累计并网风电装机仅为 1.26 GW ， 2008 年达到了 12.

4、21 GW 。对于我国这样一个快速发展的国家 ， 风电事业起步晚 ， 电力需求增长快 ， 推动大规模风电开发无疑将是一项特别艰难的工程 。依据我国风能资源和电力需求的分布特点 ， 我国大部分风电只能采纳远距离 、 大容量传输和全国范围内优化配置的发展模式 。本文在分析我国风电开发特点的基础上 ， 将深化探讨以下主要问题 ：风资源基础数据 、 电网发展 、 风功率预料技术研发和电源结构优化等 。 1 我国风电大规模开发的特点近些年 ， 为彻底扭转高能耗 、 高污染的发展模式 ，我国政府大力发展风电在内的可再生能源 。图 1 给出 2004 2008 年的风电装机容量 3 。2008 年 ， 政府

5、批准了甘肃酒泉 10 GW 级风电基地及相关电网配套工程 4 。将来我国还可能重点开发内蒙古 、 江苏沿海 、 新疆和河北北部等大型风电基地 。据预料 ， 到 2010 年和 2020 年我国风电装机将可能分别超过30 GW 和 100 GW 。我国风电行业在将来较长时间里仍将保持快速发展势头 。然而 ， 我国的风电大规模开发与欧美经验的风电大发展却存在很大的差异 。欧美的风场大多分布在很广袤的区域 ， 风电主要由当地负荷就地平衡和消纳 。而我国 ， 单个风电场容量将会越来越大 ， 呈现出规模化 、连片式发展的态势 。我国风电大规模开发具有以下 2 个值得留意的特点 。第 1 个特点是风能资源

6、和电力需求分布存在显著的不平衡性和区域差异 ， 须要远距离 、大容量输送 。我国风能资源主要分布在 三北 地区和东南沿海 ， 占全国陆地风能的近 85 。近海风能主要分布在苏沪沿海 。图 2 给出了我国将来将重点建设的大型风电基地的分布状况 。除苏沪沿海外 ， 我国绝大多 数的风能资源丰富的地区远离负荷中心分布 ， 并且 收稿日期 ：2009 - 11 - 23 ； 修回日期 ：2009 - 12 - 17作者简介 ：尹 明（ 1974 ）， 男 ， 河北徐水人 ， 副教授 ， 从事电力系统规划 、 风力发电及智能电网等方面的探讨 。E-mail: routouter 第 43 卷第 3 期2

7、0 10 年 3 月中 国 电 力ELECTRIC POWERV o l 43 ，N o 3Mar. 2010 新 能 源 图 2 我国大型风电基地分布Fig.2 Distribution of large-scale wind bases in China图 3 风电接入对电力系统的影响Fig.3 Wind power impacts on power system新 能 源 中 国 电 力第 43 卷 多处于电网末端 ， 当地电网薄弱 ， 风电消纳实力有限 。故我国大部分陆上风电远离负荷中心 ， 须要采纳远距离 、 大容量传输和全国范围内资源优化配置的开发方式 。第 2 个特点是风能资源季

8、节性改变明显 。我国 风能资源丰富 ， 但季节分布不匀称 ， 一般呈现春季 、 秋季和冬季的风速较大 ， 夏季较小的特点 。我国风能资源开发实行远距离 、 大容量 、 规模化开发模式 ， 这与世界其他地区的风电开发模式具有 明显不同 。由于我国风电起步晚 、 发展快 、 成熟期短 ， 这种独特的风电大规模开发势必会产生一些值得关注的新问题 。 2主要问题及解决措施2.1加强风资源数据调研工作由于越来越多的风电将接入电网 ，特别有必要对风资源进行更深化 、 更精确的调查和评价 。当前这方面的工作相对较宏观 ， 精度一般只有 5 km × 5 km 。这样的精度只适用于风电的发展规划

9、， 达不到规模开发的要求 。在建立风资源资料时 ， 还应当充分 考虑电网条件 、 气象灾难 、 周边地形地貌 、 自然环境爱护 、 运输条件和工业成分等因素的影响 ； 否则 ， 不精确和较粗糙的风资源数据可能会导致不恰当的风电场位置 ， 降低风电场运行特性及其经济性 ， 从而在 风电场建成运行后 ， 造成不行挽回的损失 。依据前些 年已建风电场的运行阅历 ， 其实际每年的发电量一 般只能达到其预料值的 70%80% 。究其缘由主要是在风资源调查和评价上存在严峻缺陷 。据统计 ， 2007年我国主要风电省份风电场的容量系数只有0.2 ，年利用小时数仅1787h 5 ，远低于欧美风电场运行状况 。

10、将来风资源数据质量对于大规模风电开发的影响将远大于其对单个风电场的影响 。风电发展规划和风资源调查涉及多方面的历史和实时数据 ， 如气象数据 、 电网和电源数据等 。为实现这些数据信息的有效积累和共享 ， 特别有必要建立相应的管理 、 服务机制和一个覆盖国家范围的实时数据库 ， 实现在相关行业间风资源数据 、 信息的共享 。所以 ， 建立国家级公用风能资源数据库和可视化风资源平台是特别必要的 。2.2加快电网发展风电区分于常规能源发电的根本缘由是自然风的间歇性和随机性 ， 以及风电场的分散布置 。风电所占比例越高 ， 其对电网的影响也越大 。就我国而言 ， 大规模风电开发在经济上和技术上 ，

11、对电网的规划 、 管理与运行都将是巨大挑战 。风电对电网的影响程度与多种因素有关 ，包括风电所占比例 、 电力系统大小 、 电源组成 、 负荷改变 、 需求侧的可管理性和接入程度等 。 不同时间框架和不同地域范围内 ，风电影响系统的体现形式也会不同 。图 3 列出了风电接入对系统造成的主要影响 6 。 由于我国风能富集区距离负荷中心较远 ， 随着 风场规模的扩大 ， 大量的风电无法就地消纳 ， 须要加 强 电 网 互 联 和 采 用 高 电 压 等 级 的 输 电 网 向 负 荷中心输送 ， 接入系统的电压等级也呈上升趋势 。依据对我国 10 个主要网 、 省风电场接入状况的统计 ， 接入 2

12、20 kV 、 110 kV 、 66 kV 及以下电压等级的风电场个数分别是 43 个 、 44 个和 60 个 。图 4 给出了接入各电压等级风电装机容量状况 ，可见风电影响正在从低压到高压 ， 从配网到主网延长 。欧洲风电发展阅历表明 ，电网之间良好的互联条件有助于风电更大范围的消纳 。 例如丹麦西部是欧洲输电联盟同步电网（ UCTE ）的一部分 ， 东部属于 北欧同步电网（ Nordel ）区域 。丹麦可通过 UCTE 及Nordel 电网的跨国境互联 ， 与德国 、 挪威和瑞典进行60 图 4 接入各电压等级风电装机容量Fig.4 Wind power installed capac

13、ities for various integration voltage levels 图 5德国风电大发时在 UCTE 内转移的状况 Fig.5 Wind power transfer in UCTE for high wind case in Germany 第 3 期尹 明等 ：我国风电大规模开发相关问题探讨 新 能 源电力交换 ， 使得丹麦风电可在 UCTE 及 Nordel 范围内消纳 。同样 ， 德国在风电大发时 ， 多余的风电也可借助 UCTE 电网实现跨国境转移 。图 5 给出了德国风电大发时在 UCTE 内部转移的状况 。借鉴欧洲风电发展阅历 ， 我国甘肃 、 新疆等地的风

14、电可通过加强区域电网互联 ， 实现风电外送 。例如 ， 甘肃酒泉风电基距离负荷中心约 1 000 km ，一期 3.80G W 已经起先建设， 2015 年开发总规模将达到12 GW 。此时 ， 风电可以先通过 750 kV 输电线路送至西北主网进行消纳 ，其余部分可以考虑通过加强西北电网与华中电网的互联 ，实现风电外送华中负荷中心的目的 。近年来 ， 我国特高压输电技术的发展为大规模风电开发供应了契机 。特殊是将来连接华北华中华东的特高压同步电网 ， 将为风电的远距离 、 大容量 、 规模化开发供应坚毅的输送平台和浩大的消纳市场 。同时 ， 对现有电网开展必要的扩建加强工作 ， 以及采纳先进

15、技术等 ， 也是提高电网坚毅程度和风电接纳实力的有效手段 。2.3 加强风功率预料技术研发与应用风功率预料技术对于改善风电并网对电力系统 的影响 7 、 推动风电与电网的协调发展发挥着重要 作用 。通过精确预料风电场出力 ， 可以更加合理地支配常规电场的发电安排 ， 削减系统的旋转备用 ， 提高系统运行的经济性 。同时 ， 通过提前预料风电负荷的波动 ，有助于合理支配应对措施 ， 提高系统的平安性和牢靠性 。另外 ， 提高风功率预料精度有助于调度人员制定更恰当 、更精确的发电安排和机组组合方案 ， 确保系统顺当运行 。国外开展风功率预料已有 20 多年的历史 ， 短期精确预料已经实现了商业化应

16、用 。主要商业软件包括德国的 WPMS 、 丹麦 Ris 覫 的 Zephyr 、 美国 True Wind Solutions 公 司 的 E -Wind 及 法 国 Ecole des Mines de Paris 公司的 AWPPS 等 。目前国内外风功率预料总体还不太成熟 ，预料精度与电网负荷预料相比 ， 还存在较大差距 。我国的 风功率预料探讨工作起步较晚 ，应在充分汲取借鉴国外先进技术基础上 ， 立足自主创新 ， 开发适用于我 国国情的风功率预料工具 。在此方面 ， 近年来中国电 力科学探讨院和吉林省电力公司已经合作开发了风功率预料系统 ，并在吉林省电力调度中心实现了工程应用 ，

17、取得了较志向的结果 ， 预料功率和实测功率 均方根误差为 11.05%19.08% 。不断完善和主动推广风功率预料系统将是我国风电大规模开发的重要保障 。2.4 大力优化电源结构风电并网对电力系统的影响除与电网规模和坚强程度有关外 ， 还与电源结构有关 。欧洲如德国 、 丹麦 、 西班牙等国风电快速发展 ， 在很大程度上得益于其电源结构中具有大量可用于调峰的敏捷电源 （ 包 括水电 、 抽水蓄能 、 燃气以及联合循环机组等 ）。例如 ， 德国 2008 年底优质调峰电源 （ 包括燃气 、 燃油和抽水蓄能 ）约占总装机容量的 25% ， 其他可调峰电源占 8% 。同样 ， 美国风电近年的突飞猛进

18、也是受益于新建了大量的燃气机组 ，以保证电力系统具有足够的敏捷性来应对大规模风电的接入 。我国由于受能源资源条件限制 ，电源结构以燃煤发电为主（ 2008 年底 ， 占全国装机的 75.9% ，供热机组较多 ， 快速调整机组少 ）， 陆上风电富集区 （ 如新疆 、 甘肃 、内蒙古 、 河北等 ）的电源基本是以煤电为主的火电机组 ，且能够用于调峰的水电机组非常有限 。我国的电源结构中 ，响应速度快的燃气及燃油发电等敏捷发电所占比例在 0.24% 以下 。例如在 2008 年冬季东北电网出现的限制风电出力的状况 ，很大程度上是由于燃煤热电机组比例大 、压出力实力有限和低谷负荷又多出现在风电出力较大

19、的时段等 。可以预见 ，电源结构将是我国电力系统接纳风电实力的一个主要限制 。因此我国应当充分重视优化电源结构和布局问题 ， 科学配置常规电源 ， 合理规划和优 化运用抽水蓄能电站等调峰电源 。这些电源应具有61 新 能 源 中 国 电 力第 43 卷更小的最低出力下限和更好的昼夜启 / 停实力 。另外 ， 我国还应当重视先进储能技术的研发和运用 ，发挥其在改善负荷特性及平抑风电出力波动方面的作用 ， 以削减风电变动性对电网的不利影响 。例如可加大电动汽车等终端用户储能技术及钠硫电池和液流电池等大容量化学储能技术的研发和运用 。 3 结语将来我国风电事业将快速发展 。然而我国风电开发速度首先要

20、符合国内的装备制造水平 、 限制技术水平 、 规划设计水平和风功率预料水平 ； 其次还要考虑广阔电力用户的承受实力 ； 再有风电的发展也要与电网发展相协调 。应在充分探讨和仔细解决风电变动性带来的调峰问题和远距离 、 大容量输送造成高成本等问题的基础上 ， 首先开发距离负荷中心近的优质风资源 ， 距离远的可以与我国能源和电网发展统筹考虑 。正确相识我国风电开发的特点 ， 建立风电与电网之间及风电与其他形式电源之间长期和 谐的发展关系 ， 对于实现我国风电的科学 、 有序 、 持 续 、 健康发展将是非常有益的 。 参考文献 ： 1 World Wind Energy Association.

21、120 Gigawatt of wind turbines g l o ball yc o n tr ibu t et os ecu r eelec tr ici t yg ene r a t i o n E B / O L . 2 009 - 01 - 09 . http:/www.wwindea.org/home/index2.php?option =com_content do_pdf=1id=223. 2 U.S. Department of Energy. 20% energy by 2030: increasing wind ene r gy ’ sc o n tr i

22、bu t i o nt oU . S .elec tr ici t ys uppl y E B / O L . 2 009 - 0 1 - 1 0 . http:/www1.eere.energy.gov/windandhydro/pdfs/41869.pdf. 3 Chinese Wind Energy Association. Global installed wind power ca- paci t y（ MW ）- r e g i o naldi s tr ibu t i o n E B / O L . 2 009 -0 2 -0 4 .h tt p:/ 4 酒泉地区千万千万级风电基

23、地建设工作会议在京召开 EB/OL . 2 008 - 02 - 2 8 .htt p : / ny j . ndr c. gov .cn/ g j kz sny dh/ t2 0080804_22 9496. html. Work conference on the construction of 10 GW-level wind power base inJi uquanr e g i o nst a rt sinB ei j i ng E B / OL . 2 008-02-2 8 .htt p: / 5 李俊峰 , 高 虎 , 王仲颖 , 等 . 2008 中国风电发展报告 M . 北

24、京 : 中国环境科学出版社 , 2008. LI Jun-feng, GAO Hu, WANG Zhong-ying, et al. China wind power report 2008 M . Beijing: Chinese Environmental Science Press, 2008. 6 HOLTTINEN H, LEMSTR?M B, MEIBOM P, et al. Design and operation of power systems with large amounts of wind power State- o f -t he -a rtr e po rt E

25、 B / OL . 2 009 -07-08 .htt p: / www .iea w ind. o r g/ AnnexXXV/Publications/W82.pdf. 7 AHLSTROM M, JONES L, ZAVADIL R, et al. The future of wind forecasting and utility operations J . IEEE Power Energy Magazine, 2005, 3 （ 6 ）: 57-64. （责任编辑 李新捷）Analysi sofissues aboutChina ’ slarge-scal e win

26、dpowerdevelopmentYIN Ming 1, 2 , GE Xu - bo 1 , WANG Cheng - shan 2 , ZHANG Yi - bin 1 , LIU Guo - ping 3 , JIN Xiao - ling 1（1. State Grid Energy Research Institute, Beijing 100052, China; 2. Tianjin University, Tianjin 300072, China; 3. Hebei Shijiazhuang Power Supply Company, Shijiazhuang 050051,

27、 China）Abstract: Around the globe, wind energy has experienced a period of astonishingly rapid development in the past decade, to which much importance has been attached. So has China ’ s wind energy developed in recent years. And this tendency will definitely remain the same in China in the f

28、uture. The wind power developments of U.S., Europe and China were compared and an understanding of the characteristics of China ’ s large-scale wind power development was provided, i.e. the large amount of wind power has to be delivered in the large-scale, concentrated mode with large capacity

29、 and long-distance transfer. Then, an in-depth analysis of the issues was presented concerning the healthy and sustainable development of China ’ s large-scale wind energy. In China, much importance should be attached to the work related to the basic data of wind resources. Also, to China &rsq

30、uo; s wind power development as follows: the faetors are indispensable speeding-up grid construction, the development and implementation of wind power forecasting technology and increasing the proportion of flexible generation sources for the optimization of generation mix. Key words: wind power gen

31、eration; ultra-high voltage; integration to grids; wind power forecasting; variability of wind power电力科技信息 2009 年全国电力投资增长近 20% 核电投资增长近 75% 国家能源局 2009 年全国电力数据显示 ， 全国电力基本建设投资达到 7 558.4 亿元人民币 ， 同比 增长 19.93% 。其中 ， 电源 、 电网分别完成投资 3 711.3 亿元和 3 847.1 亿元 ， 同比分别增长 8.91% 和 32.89% 。火电基本建设投资完成额同比下降 11.11 % ，核电 、 风电基本建设投资完成额同比分别增长 74.91% 和 43.90% 。电网建设投资大幅增加 ， 电网建设投资占电力工程建设投资的 50.9% 。62